虛擬現實技術在教學中的應用現狀及對策分析

程佑春

（江西科技師范大學 江西南昌 330000）

引言

伴隨著科技革命的浪潮，教育這個傳統的“慢行業”也正發生著巨大的變革。知識正在以更為直觀生動、高質有效的方式傳遞給學生。虛擬現實技術由于其特有的性質，使得學習者能夠更加自然地與虛擬環境、虛擬對象進行交互，并根據自己的學習需求參與、控制學習進程，從而獲得最大的學習自由度和學習體驗。這種呈現多維信息的虛擬學習環境，將使學習者學習新知識、掌握新技能變得更加高質有效，因此，虛擬現實技術在教育領域的應用也越來越受重視和青睞。

一、虛擬現實的基本特征

在虛擬現實中常用“3I”來表示其主要的幾個特征，即交互性（Interaction）、沉浸感（Immersion）和想象性（Imagination）。

1.交互性

交互性主要是指用戶在虛擬環境中與虛擬場景、虛擬對象的互動方式、互動程度及此過程中所獲得的反饋情況。PC時代，交互性主要體現在人與機器設備的平面交互上，交互方式和交互效果都比較單一；而PC+時代，交互畫面更加豐富和立體，用戶看到的不再是一張張二維圖片，而是一個個立體的場景。同時，交互方式也發生了變化，不再局限于單一的觸覺，而是引入了多種神經感知功能。例如，在虛擬環境中抓取物體，用戶不僅會有類真實的觸感，還會感受到物體的重量。也就是說，虛擬現實環境中，交互方式更加多樣，交互效果更接近真實和自然。交互越接近自然，虛擬現實的互動覆蓋越全面，交互效果也越好。

2.沉浸感

沉浸感是指利用虛擬現實技術營造出高度契合用戶認知和心理體驗的情境，從而讓用戶專注于當前的情境并產生身臨其境的感覺。也就是說，沉浸感讓體驗者忽視了自身所處的外部環境轉而融入計算機所創造的虛擬世界中。自然交互使得用戶沉浸于虛擬世界成為可能，同時，交互方式的多樣性使得沉浸感的來源也體現在多個方面，除了視覺沉浸，還有觸覺、聽覺、嗅覺等方式的沉浸。調用的感覺越多，情境越逼真，融入感越強。

3.想象性

想象活動是以實物為基本模型，通過在大腦中對實物的記憶表象進行分析、改造，從而形成新的認知的心理過程。這一過程可分為兩個階段，即信息的儲備過程和形象的再建構過程。因此，想象力的培養，首先需要獲得關于實物的真實的、完整的感受；其次，多維度的交互能夠觸發學習者將關于實物的認知進行抽象、重組、變形，從而形成新的表象符號。虛擬現實為用戶激發想象力創造了條件，多維度的交互方式為認識和理解實物模型奠定了基礎，沉浸式的體驗為用戶深化概念、萌發新的聯想、產生認識上的飛躍創造了條件[2]。因此，虛擬現實折射的不僅僅是新技術的進步及其應用價值，對于用戶想象力的啟發、創造性思維的構建也不無裨益。

二、虛擬現實在教學中運用的意義

虛擬現實技術在教育領域的應用主要體現在教學環境的創設、教學資源的拓展、教學手段的豐富等方面，目的在于激發學習興趣、增強學習體驗、創造心理沉浸感、實現情境學習、促進知識更新。虛擬現實技術在教學中的運用具有以下幾個方面的意義。

1.緩解教學資源配置矛盾

目前我國教育領域很多學科專業建設都存在著教育經費投入有限、資源配置不足的問題。從當前來說，這種現象會影響教學的順利開展和實施，影響學生參與的興趣和熱情；從長遠來說，會阻礙學科專業發展，甚至會影響整個教育領域改革發展步伐。教育領域虛擬現實技術的引入，有效緩解了這一矛盾——通過虛擬各種器材設備、實訓環境，使得某些實驗內容和實訓技能得以在虛擬環境中得以展開，從而有效解決教學中因為資源配置失衡帶來的突出問題。

2.增強教學的可控性

對于一些存在一定風險，或者容易出現錯誤操作的實驗內容，利用虛擬現實技術可以有效管控風險，增強教學的可控性。在以往的教學過程中，對于那些存在一定安全風險的實驗，教師一般都采用諸如播放視頻等比較傳統的方式來進行。在這種教學模式下，學生無法直接參與實驗并獲得感性認識，而利用虛擬現實技術進行虛擬實驗，可在一定程度上可以免除這種顧慮。如醫學領域的實驗教學，通過虛擬現實技術模擬生物體的組織和結構，避免因學生的失誤對生物體造成傷害，同時還可有效緩解學生緊張、恐懼的心理；對于實驗精度比較高的電子線路實驗，利用虛擬現實技術可以有效防止因為錯誤操作出現的硬件損耗情況，從而有效降低了實驗成本，也在一定程度上消除了突發狀況對教學實施和課堂管理帶來的影響；虛擬的化學實驗可以有效規避燃燒、爆炸、有害氣體揮發等帶來的安全風險。

其次，統計查詢功能。這方面的功能要從兩個方面來進行考慮。一方面，要統計查詢網絡資源的存在性，根據有線電視網絡資源的實際屬性，比如管道、線路、各種元器件等，對這些數據模型進行統一的編號和命名，形成相對完整的資源映像。通過這種方式可以實現有線網絡資源多種屬性的查詢功能。另一方面，實現網絡資源的可用性，通過將網絡資源系統與業務系統形成緊密結合，促進信息資源的有效互動，比如市場部門明確自身擁有銷售資源的數量、維護部門清楚需要重點維護的資源、決策部門應優先發展的資源，等等，這有助于實現資源的動態配置，根據實際需要及時進行戰略調整。

3.打破教學的時空限制

在虛擬現實世界中，學生可以盡情地遨游在時空隧道中，從而打破時間和空間對知識呈現的限制，使得知識的結構和變化過程以更貼近真實的狀態呈現出來。例如，為了了解原子的結構，可以進入虛擬的原子內部，觀察內部離子的結構情況及運動狀態，同時，還可根據需求調整觀察角度，實現“360度無死角”的觀察效果。虛擬現實在突破時間限制方面的應用也有很多，如化石的形成，它是一個復雜而漫長的過程，需要上萬年的等待。而利用虛擬現實技術，則可以將這一漫長而復雜的演變過程濃縮在幾分鐘內呈現給學生，學生通過場景模擬獲得的認知會更加直觀強烈，相比較傳統教學中紙上談兵式的教學方法，學生對于知識要點的理解和把握要更加深刻牢固。由此可見，這是對傳統教學的一種有益補充。

4.增強教學的趣味性

運用虛擬現實技術可以創設一種全新的課堂氣氛和課堂體驗。虛擬現實技術不僅可以對學習過程中所涉及的各種假設模型進行虛擬物化，通過虛擬系統直觀觀察到這一假設所產生的結果或效果[3]，同時，還可以創設虛擬角色，使得學生可以與虛擬角色一起交流討論，收獲趣味橫生的學習體驗，虛擬數字人的誕生正是這一深化應用的具體體現。此外，虛擬現實技術的運用使得學生的主體地位更加突出，便于開展自適應式學習；通過合作探究的形式，開展協作式學習，共享學習成果。

三、虛擬現實在教學應用中存在的問題和對策

虛擬現實技術在輔助教學方面的積極作用是毋庸置疑的，這為虛擬現實提供了廣闊的應用前景，但在實際運用過程中也存在著諸多問題。

1.存在的問題

（1）虛擬現實技術本身的限制

虛擬世界與現實世界的真實程度存在一定差距。虛擬現實畢竟是計算機系統，它所創設的虛擬環境和模型即使再細膩逼真，與真實場景還是有一定的差距。比如，我們看到的反應畫面會有明顯的顆粒感；提供的人機交互手段雖然多樣且力求自然，但與現實世界的交互相比，總會存在一定的局限，例如在進行觸覺交互的過程中，觸覺傳感器響應并采集交互過程中力的變化和參數，這其中會涉及傳感器的性能、材質、采集方法等諸多因素，經過若干物理中間媒介的傳導，傳回給用戶的虛擬觸覺只能算是類真實體驗，與通過神經系統傳導的真實觸覺體驗相比會有一定的失真。雖然隨著技術的進步，虛擬現實技術會越來越完善，但它的使用仍然會涉及新的硬件或軟件，這就有可能會產生兼容性和適應性的問題[4]。

（2）技術壁壘阻礙了虛擬現實的普及應用

虛擬現實技術是一項融合了計算機圖形學、傳感技術等多學科領域的綜合集成性技術，涉及領域多，技術交叉融合比較復雜，并且各學科領域知識更新發展較快，這對虛擬現實技術在教學方面的開發和維護提出了很高的要求。一般來說，授課教師如要按照課程需求自己獨立完成虛擬軟件或課件的制作，確實有一定的難度。因此，在實際應用中，虛擬現實技術的開發基本都會借助專業人員的力量。雖然這在一定程度上可以突破技術限制，但專業開發人員對于虛擬軟件在教學中的應用理解沒有專業教師深刻、透徹，在實施細節、教學技巧的呈現上會有所欠缺，因此，開發出的虛擬現實教學軟件與預期會有一定差距。

（3）學生的學習自主性不受控制

虛擬現實的引入使得學生的主體地位更加突出，學生學習的自由度和自主性得到了強化。學習過程中，學生可根據個性化的學習需求，選擇適合自己習慣的學習方法，制定適合自己節奏的學習計劃，進而根據學習目標有計劃、有針對性地展開學習。這種以學生為主體的教學模式，能夠培養學生的規劃能力和組織能力，增強學生的自律意識和主動探究意識。但是，好的課堂應該是教師和學生共同作用的結果。雖然虛擬現實技術的引入在培養學生的能力和素質方面確實起到了一定的積極作用，但我們也要看到它同時弱化了教師的主導作用，弱化了教師對于學生的情感教育和引導。畢竟這一階段學生的心理、態度和價值觀還未成熟，具有極強的可塑性。有了教師的參與和引導，其發展會更趨于理性，同時，教師的引導可以避免學生因學習自由度過大而游離于課堂教學目標和教學要求之外，出現發散思維不受控制的情況出現。

2.解決問題的對策

任何一種技術的運用都有利有弊，我們要用辯證的方法看問題。我們既要看到虛擬現實技術在教學實踐中的優勢，也要正確認識它的局限性，知己知彼才能做到揚長避短，使得虛擬現實技術更好地為教學服務。

（1）正確認識新技術對教學實踐的影響

隨著虛擬現實技術的進一步發展，其技術水平會越來越高，在教育領域的應用范圍也會越來越廣泛。作為一線教育工作者，我們應該本著實事求是的原則，正確認識新技術對教學實踐的影響。一方面，不能因為虛擬現實技術的局限性就因循守舊、故步自封，排斥拒絕其在教育領域的引入，應該敏銳捕捉其對教學的正面促進作用；另一方面，也不能夸大其對教學的作用，盲目追求當前流行的新技術新概念而忽視了教育中“人”的作用，不要寄期望于虛擬環境完全取代實地教學。

（2）加強教師的虛擬現實技術培訓

信息技術手段不僅僅是技術的體現，也是教師教學理念、教學能力的側面印證。虛擬現實技術作為當前比較復雜的一種信息技術手段，要求教師通過幾次培訓就具備開發能力也是不現實的，但萬事開頭難，通過培訓給一線教師打開虛擬世界的大門，讓其感受到虛擬世界之美、之奇，觸發其學習熱情，從而使其具備基本的虛擬現實專業素養和開發能力，也不失為一種好的途徑和手段。此外，技術培訓會加速促進其在教學中的轉化，為教師的教學實施提供了一種新的思路和途徑，于無形中更新了教師的教學理念，提升了教學能力。

（3）平衡學習過程中師生的地位和作用

一方面，加強對學生自主學習的引導和規范，通過設置啟發式問題、分析報告、課堂小測等手段，使學生的學習活動始終聚集、圍繞在課堂教學目標周圍，不至于游離于課堂活動之外，體現出學生的主體作用。另一方面，雖然虛擬現實技術的引入在一定程度上阻礙了教師和學生的情感交流，但教師可在課堂上通過相應的教學手段進行調節和平衡。如上述的問答環節、報告環節、測驗環節，都是教師和學生進行直接交流互動的機會，教師應該把握好機會，合理設置互動活動，充分發揮課堂上教師的主導作用。

結語

虛擬現實技術作為一種新技術手段，為現代教育改革的發展和實踐提供了強有力的支持。但技術只是一種手段，只是為優化教學實踐提供了一種可能，教育的核心和靈魂還是教學設計。因此，教師在教學實際中應該注重與時俱進、博采眾長，將新技術、新理念引入到教學設計中，使之更科學、更合理地為教學服務，從而達到更好的育人效果。